PEEK esaslı spinal implantların antibakteriyel özelliklerinin ve osteokondüktivitesinin nano yapılı kaplamalarla geliştirilmesi

Abstract

Spinal rahatsızlıklar, dünyada birçok insanı etkileyen önemli tıbbi bir problem olup çeşitli cerrahi müdahaleler uygulanmaktadır. Kronik bel ağrısının en büyük nedenlerden birinin dejeneratif disk hastalığı olduğu bildirilmiştir. İntervertebral disk, omurga için şok emici olarak görev yapmaktadır. Dolayısıyla dejenere olmuş disk omurganın işlevini kısıtlayacaktır.Disk hernisi sonrası omurlar arasınaki deforme olmuş diskler yerine yerleştirilen intervertebral disk implantları genelde titanyum ve PEEK esaslıdır. Ancak metaller kemiğe göre daha yüksek elastik modüle sahip olduklarından implantın çevresinde gerilme yığılmasına neden olurlar. Ayrıca metallerin radyoopak davranışları CT ve MR ile görüntülemede artifaktlara yol açmaktadır. PEEK-kafeslerin elastik modülü kortikal kemiğe daha yakın bir değerde olup yük paylaşımı ve gerilme dağılımı açısından daha çok avantaj sağlamaktadır. Ayrıca, X-ışınlarını geçirebilmesi nedeniyle çevresinde bulunan dokuların görüntülenmesini sağlar. Ancak, iyi özelliklerinin yanı sıra, oldukça düşük osteokondüktivitesi nedeniyle PEEK implantların kemik dokularına adezyonu oldukça yavaştır. Bunun yanında, kemik ve implant arasındaki bağın çok kuvvetli ve hızlı oluşması, implant tarafından bakteriyel enfeksiyonun bastırılması cerrahi açıdan önemlidir. Bu enfeksiyonlar genelde uzun süreli antibiyotik tedavisi, tekrarlanan cerrahi müdahale, implantın çıkarılması, uzun süreli hastane yatışı gerektirmekte ve maliyet açısından büyük bir yük getirmektedir. Bu çalışmada, yukarıda belirtilen sorunlara çözüm olarak daha güvenli spinal cerrahisi için biyoinert olan PEEK esaslı intervertebral füzyon kafes implantlarına antibakteriyel ve osteokondüktif davranış sağlamak amacıyla yüzeyinde vakum kaplama yöntemiyle biyofonksiyonel, kimyasal olarak derecelendirilmiş kademeli nano yapılı Ti-Mg-Ag/Pt esaslı kaplama üretilmiştir. Kaplamalar çeşitli karakterizasyon metotlarıyla kimyasal, yapısal, mekanik ve biyouyumluluk açısından test edilmiştir. Tez kapsamında yapılan çalışmalar doğrultusunda PEEK esaslı implantlara antibakteriyel ve ostekondüktif özellikler başarılı bir şekilde Ti-Mg-Ag/Pt esaslı kaplamalarla kazandırılmıştır.

Spinal diseases affect many people in the world and are treated by surgical interventions. One of the main causes of chronic back pain is degenerative disk disease. The intervertebral disc serves as a shock absorber for the spine. Therefore, a degenerated disc will restrict the function of spinal column.Intervertebral disc implants used for replacing intervertebral discs after disc herniation are generally based on titanium and PEEK materials. However, the high elastic modulus of metals compared to bone leads to stress shielding. Furthermore, radiopaque behavior of metals causes artifacts in CT and MR imaging. Since elastic modulus of the PEEK-cages is similar to that of cortical bone, they provide more advantages in terms of load sharing. Additionally, PEEK is X-ray translucent enabling the medical imaging of surrounding tissue. Despite its good mechanical properties, the adhesion of PEEK implants to bone tissue proceeds slowly because of their relatively low osteoconductivity. In addition to high and quickly establishing bonding between bone and implant, suppressing bacterial infection at the implant site is a surgical request. Generally, such infections require long-term antibiotic therapy, revision surgery, implant removal, long-term hospitalization and bring burden. In this study, in order to overcome these problems, biofunctional, chemically graded, nanostructured Ti-Mg-Ag/Pt based coating on PEEK based intervertebral disc implants were produced by vacuum coating method. The coatings were tested for chemical, structural, mechanical and biocompatibility by characterization methods. In the scope of this thesis, antibacterial and osteconductive properties on PEEK based implants were successfully achieved with Ti-Mg-Ag/Pt based coatings.